200 MW汽轮机整体优化改造及效果评价

刘彦丰，付晓俊

(华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003)



200 MW汽轮机整体优化改造及效果评价

刘彦丰，付晓俊

(华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003)

摘要：分析了某200 MW汽轮机组存在的问题，提出了对该机组整体优化的改造方案。通过性能考核试验验证，改造后的汽轮机效率得到了提高，3VWO工况下，汽轮机热耗率下降了442.45 kJ/(kW·h)，折算成发电煤耗率下降量为16.84g/(kW·h)，高、中压缸效率分别提高了5.14%、2.21%。热耗降低明显，达到了预期的增容降耗的目的,符合国家节能减排的大战略。

关键词：汽轮机；整体优化；热耗

0引言

某电厂5号汽轮发电机组为哈尔滨汽轮机厂生产的冲动式、一次中间再热、单轴、三缸、三排汽、冷凝式汽轮机，型号为N200-130-535/535型，冷却方式为直流开式循环，水源取自嫩江。高压缸为双层缸结构，中压缸为单层缸，低压缸为对称分流式。汽轮机共有37级叶轮，高压转子12级叶轮，第一级为单列调节级，转子为整段式；中压转子装有15级叶轮，其中前7级为整段式，后8级为套装式；低压转子10级叶轮全部为套装式。在以往的改造中，胡远涛等[1]、李清[2]等对汽轮机通流部分进行了改造，王艳[3]对汽轮机喷嘴技术进行了改造，钟阁顺[4]等对汽轮机配汽进行了改造及优化，都取得了一定的效果。以往的改造只针对汽轮机的某个部分，汽轮机效率的提高有限。为了进一步提高汽轮机效率，增加功率降低煤耗，提高机组经济效益，现对该机组进行整体优化改造。不仅对汽轮机本体进行优化改造，对各个辅机也进行优化，以最大的提高改造效果。

1机组存在问题分析

机组目前的性能与设计值有较大的差距。5号机组3VWO工况下试验热耗率为8 777.17 kJ/(kW·h)，进行二类修正后热耗率为8 663.98 kJ/(kW·h)，比THA设计工况下热耗率8 246.28 kJ/(kW·h)高出417.70 kJ/(kW·h)，高压缸效率试验值为79.09%，比设计值85.05%低5.96%，中压缸效率试验值为88.21%比设计值92.30%低4.09%。在对5号机组进行了全面的性能诊断试验及现场检查后，发现汽机侧存在如下问题：

(1)汽缸效率偏低

3VWO工况试验下，高压缸效率试验值为79.09%，比设计值85.05%低5.96%；中压缸效率试验值为88.21%，比设计值92.30%低4.09%。

造成汽缸效率偏低的主要因素有：通流部分的动静间隙较设计值大；通流部分加工质量与设计存在偏差；高压调速汽门存在较大节流损失等因素。

(2)机组凝汽器清洁系数为0.54，与0.88的设计值有一定的差距。

(3)为测试循环水泵性能，分别进行了1号与3号循泵并联、2号与3号循泵并联、1号与2号循泵并联及三泵并联工况试验，性能试验表明，1号循环水泵在不同工况下的效率为62%-67%，比2号、3号循泵效率低5%以上；循环水泵采用单速运行，运行方式比较单一。

(4)高压加热器堵管数较多，其中1号高加堵管数为87根，2号高加堵管数为45根。试验发现加热器端差偏离设计值，存在进一步优化的空间。

(5)机组热力系统内漏现象较为严重，内漏阀门较多。

(6)机组保温多处不合格。

2总体改造构想及内容

2.1改造构想

根据火力发电科学技术发展趋势，5号机组优化改造总体构想是在保证机组安全性前提下：

提高机组内效率；

提高机组回热效率和换热器效率；

提高主要辅助设备效率降低厂用电率；

减少热力系统内漏；

提高设备可靠性和可调性，优化机组运行调度。

2.2改造内容

在分析了机组目前所存在的问题的基础上，结合国内现有的改造经验，现提出如下的改造方案：

(1)通流汽封改进

对已改造过的布莱登汽封及蜂窝汽封，本次大修以检查性修复为主，对损坏部分进行更换，以维持汽封的改造效果；对于镶嵌式汽封，本次大修对间隙超标部分进行重新镶嵌，将间隙调整至设计下限；对汽缸汽封间隙进行统一优化调整，达到良好的检修效果。

(2)通流部分进行除垢

机组常规大修中，通流部分污垢的清理方法主要有：高压水枪清洗法、喷沙处理法及人工打磨等方法。但这几种方法存在一些缺点，如消耗大量人力、污染大、噪音大、表面不光洁等问题。转台式喷丸清理机是汽轮机除垢(锈)专用设备，采用该技术对汽轮机通流部分进行除垢(锈)后，表面光洁度能够达到5级，露出光亮的金属光泽。经过喷丸处理的汽轮机通流部分效率增加1%～3%，表面疲劳强度能够提高1O%。同时提高了除垢的工作效率。

(3)主机轴瓦修复

轴瓦间隙超标，导致轴系稳定性差、晃度大，并使汽封间隙增大，因此，为达到机组整体优化目标，保证汽封间隙最小，为配合汽封改造，应进行轴瓦修复。

(4)主汽调门阀口、阀杆更换

主汽调门经过长时间运行，受高压蒸汽冲刷严重，机组检修过程中发现主汽调门阀口位置冲刷严重，造成调门节流损失较大，需更换阀口及阀杆。更换后，机组在顺序阀运行中，高压蒸汽经过高压调门时节流损失减少，有助于汽缸效率的提高，对机组运行经济性产生积极影响。

(5)辅机改造

循环水泵、疏水扩容器、内冷水冷却器、高压加热器等辅机进行优化改造，以提高其经济效益。

(6)机组运行方式优化调整

通过定滑定试验制定出机组的定滑定曲线，以优化阀门开度与机组负荷之间的匹配。加热器端差偏离设计值，加热器运行水位有待优化。通过加热器水位优化，使加热器水位在最佳值运行，减小加热器端差，提高机组运行经济性。通过定滑定及加热器水位优化等试验，制定出符合机组实际情况的定滑定曲线和加热器最佳水位，进一步优化机组运行方式，提高机组运行经济性。

3整体优化改造效果及分析

整体优化后，为验证改造后汽轮机的热力性能指标是否达到改造的要求，进行了修后热力性能考核实验。

3.1实验工况

5号汽轮机组大修后诊断试验工况如表1。

表1　5号汽轮机组优化改造后鉴

3.2实验结果及分析

热力性能考核实验结果如表2、表3、表4、表5所示。

表2　5号机组改造后热耗率试验结果

注：锅炉效率取91.5%，管道效率取98%。

从表中数据可见，优化改造后3VWO工况下热耗率为8 475.78 kJ/(kW·h)，比改造前热耗率8 918.23 kJ/(kW·h)下降442.45 kJ/(kW·h)，比3VWO工况下设计值8 250.80 kJ/(kW·h)高224.98 kJ/(kW·h)。220 MW工况下热耗率为8 498.51 kJ/(kW·h)，比改造前热耗率8 962.17 kJ/(kW·h)下降了463.66 kJ/(kW·h)，比3VWO工况下设计值8 250.80 kJ/(kW·h)高247.71 kJ/(kW·h)。

表3　5号机组改造前、后热耗率对比

表4　5号机组改造前、后高压缸效率对比表

5号机组优化改造后3VWO工况下高压缸效率为84.24%，比改造前79.09%提高5.14%；220MW工况下高压缸效率为82.88%，比改造前 78.84%提高4.04%。本次优化改造中通过对汽封的改造、通流部件的处理及其间隙的调整，高压缸效率提升显著。

优化改造后5号机组3VWO工况下平均中压缸效率为91.19%，比改造前效率88.21%提高2.98%；220MW工况下中压缸效率为90.58%，比改造前效率 88.37%提高2.21%。本次优化改造中通过对汽封的改造、通流部件的处理及其间隙的调整等措施，中压缸效率提高明显。

表5　5号机组改造前、后中压缸效率对比表

4结论

通过整体优化改造，热耗率及高、中低压缸效率都得到了很大的提高，提高了机组效益，实现了增容降耗的目的。与优化改造前热耗率相比较，下降了442.45 kJ/(kW·h)，折算成发电煤耗率下降量为16.84 g/(kW·h)，优化改造效果明显。改造后机组运行良好，极大地响应了国家节能降耗的战略，为电力企业的同类型机组的节能增容降耗改造提供一定的参考。

参考文献:

[1]胡远涛,郑家衡,齐进,等. 国产引进型300MW汽轮机通流部分改造及效果分析[J]. 上海电力学院学报,2012(1):39-42，46.

[2]李清,黄竹青,左从瑞,等. 浅析汽轮机通流部分改造及效果[J]. 华中电力,2011,24(3):84-86，90.

[3]王艳. 200MW级汽轮机喷嘴组技术改造[J]. 电力科学与工程,2015，31(8):71-78.

[4]钟阁顺. 国产600MW抽汽式汽轮机配汽改造及优化[J]. 电力科学与工程,2008,24(7):8-12.

[5]查冰峰. 200MW汽轮机通流部分改造及效果分析[J]. 江西电力,2008,21(6):49-51.

[6]张剑萍. 国产125MW汽轮机通流部分技术改造及效果分析[J]. 汽轮机技术,2001,43(3):142-144.

[7]赵林峰,刘卫,贺庄. 600MW汽轮机轴系调整和基础沉降分析[J]. 电力科学与工程,2015，31(4):58-65.

[8]张志强,张旭炎,杨景军,等. 汽轮机最大负荷的优化[J]. 电力科学与工程,2008，24(6):34-37.

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[10]谢诞梅,武云鹏,刘占辉,等. 300MW汽轮机通流部分改造经济性及敏感性分析[J]. 汽轮机技术,2006,48(5):369-371，375.

Technical Improvement and Analysis of Whole Optimization on 200 MW Steam Turbine

LIU Yanfeng, FU Xiaojun( School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Abstract：This paper analyzes the problems of a 200 MW steam turbine, and puts forward an optimization scheme of the whole unit. After the transformation, the efficiency of the steam turbine is improved and the scheme is verified by the performance tests. Under 3VWO working conditions, the steam turbine heat consumption rate decreased by 442.45 kJ/(kW·h), rectified into electricity coal consumption rate of 16.84 g/(kW·h). The efficiency of high pressure cylinder and middle pressure cylinder increased by 5.14% and 2.21% respectively. The heat consumption is reduced obviously, and the expected purposes of the capacity expanding and consumption reducing are reached. It conforms to the national strategy of energy saving and consumption reducing.

Keywords：steam turbine; whole optimization; heat consumption

中图分类号:TK11

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.011

作者简介：刘彦丰(1965-)，男，教授，主要从事高效清洁燃烧技术及环境污染控制方面的研究，E-mail:liuyf100@sina.com。

收稿日期：2016-01-20。